インホイールモータ駆動装置
【課題】モータ部と車輪のハブ軸受部とを減速部を介して同軸上に直列に連結するインホイールモータ駆動装置の軸方向寸法を小さくし、広い車内空間を確保すると共に、電源線の配線自由度を向上させる。
【解決手段】モータ部に電力を供給する電源線６１の端子箱６２を、モータ部を保持するハウジング２２ａの外周側面に配置し、ハウジング２２ａの軸線に対して垂直方向に延びる電源線係止ホルダ６３によって端子箱６２からインボード側に引き出した電源線６１を係止するようにした。
【解決手段】モータ部に電力を供給する電源線６１の端子箱６２を、モータ部を保持するハウジング２２ａの外周側面に配置し、ハウジング２２ａの軸線に対して垂直方向に延びる電源線係止ホルダ６３によって端子箱６２からインボード側に引き出した電源線６１を係止するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータの出力軸と車輪のハブとを減速機を介して同軸上に連結したインホイールモータ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のインホイールモータ駆動装置１０１は、例えば、特開２００９−２１９２７１号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００３】
このインホイールモータ駆動装置１０１は、図１２に示すように、車体に取り付けられるハウジング１０２の内部に駆動力を発生させるモータ部１０３と、車輪に接続される車輪ハブ軸受部１０４と、モータ部１０３の回転を減速して車輪ハブ軸受部１０４に伝達する減速部１０５とを直列に備える。
【０００４】
上記構成のインホイールモータ駆動装置１０１において、装置のコンパクト化の観点からモータ部１０３には低トルクで高回転のモータが採用される。一方、車輪ハブ軸受部１０４には、車輪を駆動するために大きなトルクが必要となる。このため、減速部１０５には、コンパクトで高い減速比が得られるサイクロイド減速機を採用することが多い。
【０００５】
サイクロイド減速機を適用した減速部１０５は、偏心部１０６ａ、１０６ｂを有するモータ側回転部材１０６と、偏心部１０６ａ、１０６ｂに配置される曲線板１０７ａ、１０７ｂと、曲線板１０７ａ、１０７ｂをモータ側回転部材１０６に対して回転自在に支持する転がり軸受１０６ｃと、曲線板１０７ａ、１０７ｂの外周面に係合して曲線板１０７ａ、１０７ｂに自転運動を生じさせる複数の外周係合部材１０８と、曲線板１０７ａ、１０７ｂの自転運動を車輪側回転部材１１０に伝達する複数の内ピン１０９とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２１９２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記構成のインホイールモータ駆動装置１０１を動作させるには、モータ部１０３に所定の周波数の電圧を印加するための電源線１１１が必要となる。
【０００８】
従来、この電源線１１１を収容する端子箱１１２を、モータ部１０３を保持するハウジング１０２の軸方向の壁面のうち、モータ側回転部材１０６から遠い側の壁面、即ち、モータ部１０３のハウジング１０２の車体内側（インボード側）端面に配置し、電源線１１１を車体前後方向に引き出して配線している。
【０００９】
このため、駆動ユニットに対して上下方向にあるインバータに配線する場合、電源線１１１にかかるストレスが大きくなるという問題があった。
【００１０】
また、上記のように、モータ部１０３に電力を供給する電源線１１１の端子箱１１２を、モータ部１０３のハウジング１０２の車体内側端面に配置した場合、駆動ユニットが軸方向に長くなり、サスペンションを配置するスペースを圧迫するという課題があった。
【００１１】
特に、モータ側回転部材１０６と車輪のハブ軸受部１０４とを減速部１０５を介して同軸上に直列に連結するインホイールモータ駆動装置１０１においては、車内空間を広く確保するためには、軸方向寸法をできるだけ小さくする必要がある。
【００１２】
さらにまた、モータ部１０３の回転に必要な電気配線としては、モータコイルに電流を供給する前記電源線１１１以外に、モータ固定子と回転子との相対角度情報を得るために、回転角度センサのケーブルが必要である。通常、回転角度センサは微弱電流によって動作しているため、大電流が流れる電源線が回転角度センサのケーブルの近傍にあると、電磁ノイズによってセンサ信号に電磁ノイズが重畳され、モータの回転に誤動作が発生する可能性がある。
【００１３】
そこで、この発明は、電源線を収容する端子箱の配置を変更することにより、モータ側回転部材と車輪のハブ軸受部とを減速部を介して同軸上に直列に連結するインホイールモータ駆動装置の軸方向寸法を小さくし、広い車内空間を確保すると共に、電源線の配線自由度を向上させることを課題とする。
【００１４】
さらに、大電流が流れる電源線と回転角度センサのケーブルとの配置を考慮することにより、センサ信号に電磁ノイズが重畳され難くして、モータの回転に誤動作が発生しないようにすることも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の課題を解決するために、この発明は、モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、前記モータ側回転部材の回転を減速して車輪側回転部材に伝達する減速部と、前記車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブとを車両のインボード側からアウトボード側に直列に配置したインホイールモータ駆動装置において、モータ部に電力を供給する電源線の端子箱を、モータ部を保持するハウジングの外周側面に配置したものである。
【００１６】
モータ部のステータから延びている配線は、モータ部を保持するハウジングの軸線に対して、垂直方向に引き出すことにより、従来、車体内側端面に対して垂直に延びていた電源線ホルダを、ハウジングの軸線に対して垂直方向に配置することが可能になるので、駆動ユニット全体の軸方向長さ、即ち、インボード側への長さを短縮することができる。
【００１７】
また、モータ部のハウジングの外周面に配置した端子箱から引き出した電源線は、モータ部の外周面の側面に設けた、ハウジングの軸線に対して直交する方向に延びる電源線係止ホルダに係止することが好ましい。
【００１８】
また、電源線は、銅線と銅線を被覆する弾性部材を備えているので、前記電源線係止ホルダの電源線の係止部は、電源線の弾性部材を圧縮保持する形状にすることが好ましい。
【００１９】
また、モータ部のハウジングの外周側面に配置した電源線を収容する端子箱に対して、モータ部の回転軸回りに、１８０度離れた近辺のモータ部のハウジングの外周面又は内側端面に、回転角度センサのケーブル取り出し口を設けることにより、電源線と回転角度センサのケーブルとの相対距離を最大限に取ることができ、センサ信号のノイズを低減することが可能になる。
【００２０】
前記電源線は、端子箱内に密封部材を介して挿し込まれている。
【発明の効果】
【００２１】
この発明に係るインホイールモータ駆動装置は、以上のように、モータ部に電力を供給する電源線の端子箱を、モータ部を保持するハウジングの外周側面に配置したので、軸方向寸法を端子箱分だけ短縮することが可能となり、その分、車内空間を広く確保することができる。
【００２２】
また、従来、車体内側端面に対して垂直に延びていた電源線ホルダを、ハウジングの軸線に対して垂直方向に配置することが可能になるので、駆動ユニット全体の軸方向長さを短縮することができる。
【００２３】
また、インバータが駆動ユニットに対して上下方向に配置される場合、例えば、フロア下、ラゲッジスペース、エンジンルーム等にインバータが配置される場合でも、電源線に過ストレスが加わるのを防止することができ、電源線の取り回しの自由度が向上する。
【００２４】
また、端子箱からインバータへ延びている電源線を、同じモータ部のハウジングに設けられた電源線係止ホルダで係止するため、衝撃や振動による電源線の破損の問題もなく、安全性に優れ、信頼性の高いインホイールモータ駆動装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。
【図２】図１のモータ部の拡大図である。
【図３】図１の減速部の拡大図である。
【図４】図１の車輪ハブ軸受部の拡大図である。
【図５】図１のV−V線の断面図である。
【図６】図１の偏心部周辺の拡大図である。
【図７】図１の回転ポンプを軸方向から見た図である。
【図８】図１のインホイールモータ駆動装置を有する電気自動車の概略平面図である。
【図９】図８の後方から見た背面図である。
【図１０】サスペンションを取り付けたインホイールモータ駆動装置の斜視図である。
【図１１】図１０のインホイールモータ駆動装置をインボード側から見た背面図である。
【図１２】従来のインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を備えた電気自動車１１は、図８に示すように、シャーシ１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪としての後輪１４と、左右の後輪１４それぞれに駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置２１とを備える。後輪１４は、図９に示すように、シャーシ１２のホイールハウジング１２ａの内部に収容され、サスペンション１２ｂを介してシャーシ１２の下部に固定されている。
【００２７】
サスペンション１２ｂは、図１０に示すように、減速部Ｂのハウジング２２ｂに、サスペンション取付け用のブラケットを介して取り付けられている。
【００２８】
減速部Ｂのハウジング２２ｂは、減速機構を収める略円筒形状部２２ｃと、潤滑油を貯留する潤滑油貯留部２５ｆとを備え、略円筒形状部２２ｃの上方両側面と、潤滑油貯留部２５ｆの下端面に、サスペンション取付け用のブラケットを固定している。
【００２９】
サスペンション１２ｂのアッパーアーム８１は、アッパーアームブラケット８０ａを介して、減速部Ｂのハウジング２２ｂの略円筒形状部２２ｃの上方側面の一方に取り付けられている。
【００３０】
サスペンション１２ｂのトーコントロールロッド８２は、トーコントロールロッドブラケット８０ｂを介して、減速部Ｂのハウジング２２ｂの略円筒形状部２２ｃの上方側面の他方に取り付けられている。
【００３１】
また、サスペンション１２ｂのロアアーム８３は、減速部Ｂの潤滑油貯留部２５ｆの下端面に、ロアアームブラケット８０ｃを介して取り付けられている。
【００３２】
ロアアーム８３とアッパーアーム８１の間の空間には、路面からの入力振動を減衰するショックアブソーバ（図示省略）が配置される。ショックアブソーバの下端はロアアーム８３に、上端はシャーシ１２に固定される。
【００３３】
また、減速部Ｂのハウジング２２ｂには、図１０に示すように、ブレーキキャリパ８４を固定している。
【００３４】
ブレーキディスク１５は、車輪ハブ軸受部Ｃを介してホイール１４と一体回転可能に固定されている。
【００３５】
この発明のインホイールモータ駆動装置を備えた電気自動車１１は、図１０及び図１１に示すように、モータ部Ａに電力を供給する電源線６１の端子箱６２を、モータ部Ａを保持するハウジング２２ａの外周側面に配置することにより、端子箱６２の分だけ軸方向寸法を短縮して、その分だけ車内空間を広く確保している。
【００３６】
端子箱６２からインボード側に引き出された電源線６１は、図１１に示すように、モータ部Ａを保持するハウジング２２ａのインボード側の端面壁にボルト固定された電源線係止ホルダ６３に係止されている。この電源線係止ホルダ６３は、ハウジング２２ａの軸線に対して直交する方向に延びるように設けられている。
【００３７】
モータ部Ａのステータ２３からの電源線６１は、ハウジング２２ａの外周側面に対して垂直方向に引き出されて端子箱６２内に収容される。さらに、電源線６１は、端子箱６２からインボード側に引き出され、電源線係止ホルダ６３に係止されてインバータを介して電源に接続され、モータ部Ａを回転させるためにステータ２３に所定の周波数の電圧が印加される。
【００３８】
電源線６１は、銅線と、銅線を被覆する弾性部材とで構成され、電源線係止ホルダ６３の係止部は、電源線の弾性部材を圧縮保持する形状に形成されている。
【００３９】
端子箱６２から電源線６１を引き出す連通孔には、端子箱６２から潤滑油が外部に漏洩しないように、Ｏリングの密封部材が嵌められている。
【００４０】
そして、回転角度センサのケーブル取り出し口８５は、電源線と回転角度センサのケーブルとの相対距離を最大限に取る位置に設ける。
【００４１】
図１１に示すように、電源線６１を収容する端子箱６２は、モータ部Ａのハウジング２２ａの外周側面に配置されるので、回転角度センサのケーブル取り出し口８５は、モータ部Ａの回転軸回りに、１８０度離れた近辺のモータ部Ａのハウジング２２ａの内側端面に設け、電源線６１と回転角度センサのケーブルとの相対距離を最大限に取ることにより、センサ信号のノイズを低減している。
【００４２】
回転角度センサのケーブル取り出し口８５は、図１１に示す例では、モータ部Ａのハウジング２２ａの内側端面に設けたが、端子箱６２と１８０度離れた近辺であればモータ部Ａのハウジング２２ａの外周側面に設けてもよい。
【００４３】
この電気自動車１１は、ホイールハウジング１２ａの内部に、左右の後輪１４それぞれを駆動するインホイールモータ駆動装置２１を設けることによって、シャーシ１２上にモータ、ドライブシャフト、およびデファレンシャルギヤ機構等を設ける必要がなくなるので、客室スペースを広く確保でき、かつ、左右の駆動輪の回転をそれぞれ制御することができるという利点を備えている。
【００４４】
一方、この電気自動車１１の走行安定性を向上するために、ばね下重量を抑える必要がある。また、さらに広い客室スペースを確保するために、インホイールモータ駆動装置２１の軸方向寸法の小型化が求められる。そこで、図１に示すようなこの発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を採用する。
【００４５】
まず、図１に示すように、インホイールモータ駆動装置２１は、駆動力を発生させるモータ部Ａと、モータ部Ａの回転を減速して出力する減速部Ｂと、減速部Ｂからの出力をホイール１４に伝える車輪ハブ軸受部Ｃとを備え、モータ部Ａと減速部Ｂとはハウジング２２に収納されて、図９に示すように電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ内に取り付けられる。
【００４６】
モータ部Ａは、図２に示すように、ハウジング２２ａに固定されるステータ２３と、ステータ２３の内側に径方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータ２４と、ロータ２４の内側に固定連結されてロータ２４と一体回転するモータ側回転部材２５とを備えるラジアルギャップモータである。ロータ２４は、フランジ形状のロータ部２４ａと円筒形状の中空部２４ｂとを有し、転がり軸受３６ａ、３６ｂによってハウジング２２に対して回転自在に支持されている。
【００４７】
モータ側回転部材２５は、モータ部Ａの駆動力を減速部Ｂに伝達するためにモータ部Ａから減速部Ｂにかけて配置され、減速部Ｂ内に偏心部２５ａ、２５ｂを有する。このモータ側回転部材２５は、一端がロータ２４と嵌合すると共に、減速部Ｂ内で転がり軸受３６ｃによって支持される。さらに、２つの偏心部２５ａ、２５ｂは、偏心運動による遠心力を互いに打ち消し合うために、１８０度位相を変えて設けられている。
【００４８】
減速部Ｂは、図３に示すように、偏心部２５ａ、２５ｂに回転自在に保持される公転部材としての曲線板２６ａ、２６ｂと、ハウジング２２ｂ上の固定位置に保持され、曲線板２６ａ、２６ｂの外周部に係合する外周係合部材としての複数の外ピン２７と、曲線板２６ａ、２６ｂの自転運動を車輪側回転部材２８に伝達する運動変換機構と、偏心部２５ａ、２５ｂに隣接する位置にカウンタウェイト２９とを備える。また、減速部Ｂには、減速部Ｂに潤滑油を供給する減速部潤滑機構が設けられている。
【００４９】
車輪側回転部材２８は、フランジ部２８ａと軸部２８ｂとを有する。フランジ部２８ａの端面には、車輪側回転部材２８の回転軸心を中心とする円周上の等間隔に内ピン３１を固定する穴が形成されている。また、軸部２８ｂは車輪ハブ３２に嵌合固定され、減速部Ｂの出力を車輪１４に伝達する。車輪側回転部材２８のフランジ部２８ａとモータ側回転部材２５とは、転がり軸受３６ｃによって回転自在に支持されている。
【００５０】
曲線板２６ａ、２６ｂは、図５に示すように、外周部にエピトロコイド等のトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔３０ａを有する。貫通孔３０ａは、曲線板２６ａ、２６ｂの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個設けられており、後述する内ピン３１を受入れる。また、貫通孔３０ｂは、曲線板２６ａ、２６ｂの中心に設けられており、偏心部２５ａ、２５ｂに嵌合する。
【００５１】
曲線板２６ａ、２６ｂは、転がり軸受４１によって偏心部２５ａ、２５ｂに対して回転自在に支持されている。図５に示すように、この転がり軸受４１は、偏心部２５ａ、２５ｂの外径面に嵌合し、その外径面に内側軌道面４２ａを有する内輪部材４２と、曲線板２６ａの貫通孔３０ｂの内径面に直接形成された外側軌道面４３と、内側軌道面４２ａおよび外側軌道面４３の間に配置される複数の円筒ころ４４と、隣接する円筒ころ４４の間隔を保持する保持器（図示省略）とを備える円筒ころ軸受である。
【００５２】
外ピン２７は、モータ側回転部材２５の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。曲線板２６ａ、２６ｂが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン２７とが係合して、曲線板２６ａ、２６ｂに自転運動を生じさせる。また、曲線板２６ａ、２６ｂとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板２６ａ、２６ｂの外周面に当接する位置に針状ころ軸受２７ａを有する。
【００５３】
カウンタウェイト２９は、円板状で、中心から外れた位置にモータ側回転部材２５と嵌合する貫通孔を有し、曲線板２６ａ、２６ｂの回転によって生じる不釣合い慣性偶力を打ち消すために、各偏心部２５ａ、２５ｂに隣接する位置に偏心部と１８０°位相を変えて配置される。
【００５４】
ここで、図６に示すように、２枚の曲線板２６ａ、２６ｂ間の中心点をＧとすると、図６の中心点Ｇの右側について、中心点Ｇと曲線板２６ａの中心との距離をＬ１、曲線板２６ａ、転がり軸受４１、および偏心部２５ａの質量の和をｍ１、曲線板２６ａの重心の回転軸心からの偏心量をε１とし、中心点Ｇとカウンタウェイト２９との距離をＬ２、カウンタウェイト２９の質量をｍ２、カウンタウェイト２９の重心の回転軸心からの偏心量をε２とすると、Ｌ１×ｍ１×ε１＝Ｌ２×ｍ２×ε２を満たす関係となっている。また、図６の中心点Ｇの左側の曲線板２６ｂとカウンタウェイト２９との間にも同様の関係が成立する。
【００５５】
運動変換機構は、車輪側回転部材２８に保持された複数の内ピン３１と、曲線板２６ａ、２６ｂに設けられた貫通孔３０ａとで構成される。内ピン３１は、車輪側回転部材２８の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられており、その軸方向一方側端部が車輪側回転部材２８に固定されている。また、曲線板２６ａ、２６ｂとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板２６ａ、２６ｂの貫通孔３０ａの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受３１ａが設けられている。
【００５６】
一方、貫通孔３０ａは、複数の内ピン３１それぞれに対応する位置に設けられ、貫通孔３０ａの内径寸法は、内ピン３１の外径寸法（「針状ころ軸受３１ａを含む最大外径」を指す。以下同じ。）より所定分大きく設定されている。
【００５７】
減速部潤滑機構は、減速部Ｂに潤滑油を供給するものであって、潤滑油路２５ｃと、潤滑油給油口２５ｄと、潤滑油排出口２５ｅと、潤滑油貯留部２５ｆと、回転ポンプ５１と、循環油路２５ｇとを備える。
【００５８】
潤滑油路２５ｃは、モータ側回転部材２５の内部を軸線方向に沿って延びている。また、潤滑油給油口２５ｄは、潤滑油路２５ｃからモータ側回転部材２５の外径面に向かって延びている。なお、この実施形態において、潤滑油給油口２５ｄは、偏心部２５ａ、２５ｂに設けられている。
【００５９】
また、減速部Ｂを保持するハウジング２２ｂの下部の少なくとも１箇所には、減速部Ｂ内部の潤滑油を排出する潤滑油排出口２５ｅが設けられている。また、減速部Ｂを保持するハウジング２２ｂの下部には、潤滑油貯留部２５ｆが設けられている。
【００６０】
潤滑油貯留部２５ｆの潤滑油は、回転ポンプ５１で吸い上げて循環油路２５ｇを経由して潤滑油路２５ｃに強制的に還流させている。
【００６１】
ここで、回転ポンプ５１は、図７に示すように、車輪側回転部材２８の回転を利用して回転するインナーロータ５２と、インナーロータ５２の回転に伴って従動回転するアウターロータ５３と、ポンプ室５４と、吸入口５５と、循環油路２５ｇに連通する吐出口５６とを備えるサイクロイドポンプである。
【００６２】
インナーロータ５２は、外径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的には、歯先部分５２ａの形状がエピサイクロイド曲線、歯溝部分５２ｂの形状がハイポサイクロイド曲線となっている。このインナーロータ５２は、内ピン３１（車輪側回転部材２８）と一体回転する。
【００６３】
アウターロータ５３は、内径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的には、歯先部分５３ａの形状がハイポサイクロイド曲線、歯溝部分５３ｂの形状がエピサイクロイド曲線となっている。このアウターロータ５３は、ハウジング２２に回転自在に支持されている。
【００６４】
インナーロータ５２は、回転中心ｃ１を中心として回転する。一方、アウターロータ５３は、インナーロータの回転中心ｃ１と異なる回転中心ｃ２を中心として回転する。また、インナーロータ５２の歯数をｎとすると、アウターロータ５３の歯数は（ｎ＋１）となる。なお、この実施形態においては、ｎ＝５としている。
【００６５】
インナーロータ５２とアウターロータ５３との間の空間には、複数のポンプ室５４が設けられている。そして、インナーロータ５２が車輪側回転部材２８の回転を利用して回転すると、アウターロータ５３は従動回転する。このとき、インナーロータ５２およびアウターロータ５３はそれぞれ異なる回転中心ｃ１、ｃ２を中心として回転するので、ポンプ室５４の容積は連続的に変化する。これにより、吸入口５５から流入した潤滑油が吐出口５６から循環油路２５ｇに圧送される。
【００６６】
車輪ハブ軸受部Ｃは、図４に示すように、車輪側回転部材２８に固定連結された車輪ハブ３２と、車輪ハブ３２を減速部Ｂのハウジング２２ｂに対して回転自在に保持する車輪ハブ軸受３３とを備える。車輪ハブ３２は、円筒形状の中空部３２ａとフランジ部３２ｂとを有する。フランジ部３２ｂにはボルト３２ｃによってホイール１４が固定連結される。また、車輪側回転部材２８の軸部２８ｂの外径面にはスプラインおよび雄ねじが形成されている。また、車輪ハブ３２の中空部３２ａの内径面にはスプライン穴が形成されている。そして、車輪ハブ３２の内径面に車輪側回転部材２８を螺合し、先端をナット３２ｄでとめることによって、両者を締結している。また、ホイール１４と車輪ハブ３２のフランジ部３２ｂとの間には、ブレーキディスク１５が取り付けられている。
【００６７】
車輪ハブ軸受３３は、車輪ハブ３２の中空部３２ａの車両アウター側の外径面に一体形成されたアウター側軌道面と車輪ハブ３２の中空部３２ａの車両インナー側の外径面に嵌合された外面にインナー側軌道面を有する内輪３３ｂとからなる内方部材３３ａと、この内方部材３３ａのアウター側軌道面とインナー側軌道面に配置される複列の玉３３ｃと、内方部材３３ａのアウター側軌道面とインナー側軌道面に対向するアウター側軌道面とインナー側軌道面を内周面に有する外方部材３３ｄと、隣接する玉３３ｃの間隔を保持する保持器３３ｅと、車輪ハブ軸受３３の軸方向両端部を密封する密封部材３３ｆ、３３ｇとを備える複列アンギュラ玉軸受である。
【００６８】
車輪ハブ軸受３３の外方部材３３ｄは、減速部Ｂのハウジング２２ｂに対して締結ボルト７１によって固定される。
【００６９】
車輪ハブ軸受３３の外方部材３３ｄには、外径部にフランジ部３３ｈが設けられ、減速部Ｂ側に円筒部３３ｉが設けられている。
【００７０】
上記構成のインホイールモータ駆動装置２１の作動原理を詳しく説明する。
モータ部Ａは、例えば、ステータ２３のコイルに交流電流を供給することによって生じる電磁力を受けて、永久磁石または磁性体によって構成されるロータ２４が回転する。このとき、コイルに高周波数の電圧を印加する程、ロータ２４は高速回転する。
【００７１】
これにより、ロータ２４に接続されたモータ側回転部材２５が回転すると、曲線板２６ａ、２６ｂはモータ側回転部材２５の回転軸心を中心として公転運動する。このとき、外ピン２７が、曲線板２６ａ、２６ｂの曲線形状の波形と係合して、曲線板２６ａ、２６ｂをモータ側回転部材２５の回転とは逆向きに自転運動させる。
【００７２】
貫通孔３０ａに挿通する内ピン３１は、曲線板２６ａ、２６ｂの自転運動に伴って貫通孔３０ａの内壁面と当接する。これにより、曲線板２６ａ、２６ｂの公転運動が内ピン３１に伝わらず、曲線板２６ａ、２６ｂの自転運動のみが車輪側回転部材２８を介して車輪ハブ軸受部Ｃに伝達される。
【００７３】
このとき、モータ側回転部材２５の回転が減速部Ｂによって減速されて車輪側回転部材２８に伝達されるので、低トルク、高回転型のモータ部Ａを採用した場合でも、ホイール１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。
【００７４】
なお、上記構成の減速部Ｂの減速比は、外ピン２７の数をＺＡ、曲線板２６ａ、２６ｂの波形の数をＺＢとすると、（ＺＡ−ＺＢ）／ＺＢで算出される。図７に示す実施形態では、ＺＡ＝１２、ＺＢ＝１１であるので、減速比は１／１１と、非常に大きな減速比を得ることができる。
【００７５】
このように、多段構成とすることなく大きな減速比を得ることができる減速部Ｂを採用することにより、コンパクトで高減速比のインホイールモータ駆動装置２１を得ることができる。また、外ピン２７および内ピン３１の曲線板２６ａ、２６ｂに当接する位置に針状ころ軸受２７ａ、３１ａを設けたことにより、摩擦抵抗が低減されるので、減速部Ｂの伝達効率が向上する。
【００７６】
上記の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を電気自動車１１に採用することにより、軸方向寸法を小さくすることができ、その結果、車内空間を広く確保することができる。
【００７７】
また、上記の実施形態においては、回転ポンプ５１を車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動した例を示したが、回転ポンプ５１はモータ側回転部材２５の回転を利用して駆動することもできる。しかし、モータ側回転部材２５の回転数は車輪側回転部材２８と比較して大きい（上記の実施形態では１１倍）ので、回転ポンプ５１の耐久性が低下するおそれがある。また、車輪側回転部材２８に接続しても十分な排出量を確保することができる。これらの観点から、回転ポンプ５１は車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動するのが望ましい。
【００７８】
また、上記の実施形態においては、回転ポンプ５１としてサイクロイドポンプの例を示したが、これに限ることなく、車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動するあらゆる回転型ポンプを採用することができる。
【００７９】
また、上記の実施形態においては、減速部Ｂの曲線板２６ａ、２６ｂを１８０度位相を変えて２枚設けたが、この曲線板の枚数は任意に設定することができ、例えば、曲線板を３枚設ける場合は、１２０度位相を変えて設けるとよい。
【００８０】
また、上記の実施形態における運動変換機構は、車輪側回転部材２８に固定された内ピン３１と、曲線板２６ａ、２６ｂに設けられた貫通孔３０ａとで構成される例を示したが、これに限ることなく、減速部Ｂの回転を車輪ハブ３２に伝達可能な任意の構成とすることができる。例えば、曲線板に固定された内ピンと、車輪側回転部材に形成された穴とで構成される運動変換機構であってもよい。
【００８１】
なお、上記の実施形態における作動の説明は、各部材の回転に着目して行ったが、実際にはトルクを含む動力がモータ部Ａから駆動輪に伝達される。したがって、上述のように減速された動力は高トルクに変換されたものとなっている。
【００８２】
また、上記の実施形態における作動の説明では、モータ部Ａに電力を供給してモータ部Ａを駆動させ、モータ部Ａからの動力を駆動輪１４に伝達させたが、これとは逆に、車両が減速したり坂を下ったりするようなときは、駆動輪１４側からの動力を減速部Ｂで高回転低トルクの回転に変換してモータ部Ａに伝達し、モータ部Ａで発電してもよい。さらに、ここで発電した電力は、バッテリーに蓄電しておき、後でモータ部Ａを駆動させたり、車両に備えられた他の電動機器等の作動に用いたりしてもよい。
【００８３】
また、上記の実施形態において、曲線板２６ａ、２６ｂを支持する軸受として円筒ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、例えば、すべり軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受等、すべり軸受であるか転がり軸受であるかを問わず、転動体がころであるか玉であるかを問わず、さらには複列か単列かを問わず、あらゆる軸受を適用することができる。また、その他の場所に配置される軸受についても、同様に任意の形態の軸受を採用することができる。
【００８４】
ただし、深溝玉軸受は、円筒ころ軸受と比較して許容限界回転数は高い反面、負荷容量が低い。そのため、必要な負荷容量を得るためには、大型の深溝玉軸受を採用しなければならない。したがって、インホイールモータ駆動装置２１のコンパクト化の観点からは、転がり軸受４１には円筒ころ軸受が好適である。
【００８５】
また、上記の各実施形態においては、モータ部Ａにラジアルギャップモータを採用した例を示したが、これに限ることなく、任意の構成のモータを適用可能である。例えばハウジングに固定されるステータと、ステータの内側に軸方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータとを備えるアキシアルギャップモータであってもよい。
【００８６】
また、上記の各実施形態においては、減速部Ｂにサイクロイド減速機構を採用したインホイールモータ駆動装置２１の例を示したが、これに限ることなく、任意の減速機構を採用することができる。例えば、遊星歯車減速機構や平行軸歯車減速機構等が該当する。
【００８７】
さらに、図８に示した電気自動車１１は、後輪１４を駆動輪とした例を示したが、これに限ることなく、前輪１３を駆動輪としてもよく、４輪駆動車であってもよい。なお、本明細書中で「電気自動車」とは、電力から駆動力を得る全ての自動車を含む概念であり、例えば、ハイブリッドカー等をも含むものとして理解すべきである。
【００８８】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１１ 電気自動車
１２ シャーシ
１２ａ ホイールハウジング
１２ｂ サスペンション
１３ 前輪
１４ ホイール
２２ａ モータ部Ａのハウジング
２２ｂ 減速部Ｂのハウジング
６１ 電源線
６２ 端子箱
６３ 電源線係止ホルダ
８５ ケーブル取り出し口
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータの出力軸と車輪のハブとを減速機を介して同軸上に連結したインホイールモータ駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のインホイールモータ駆動装置１０１は、例えば、特開２００９−２１９２７１号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００３】
このインホイールモータ駆動装置１０１は、図１２に示すように、車体に取り付けられるハウジング１０２の内部に駆動力を発生させるモータ部１０３と、車輪に接続される車輪ハブ軸受部１０４と、モータ部１０３の回転を減速して車輪ハブ軸受部１０４に伝達する減速部１０５とを直列に備える。
【０００４】
上記構成のインホイールモータ駆動装置１０１において、装置のコンパクト化の観点からモータ部１０３には低トルクで高回転のモータが採用される。一方、車輪ハブ軸受部１０４には、車輪を駆動するために大きなトルクが必要となる。このため、減速部１０５には、コンパクトで高い減速比が得られるサイクロイド減速機を採用することが多い。
【０００５】
サイクロイド減速機を適用した減速部１０５は、偏心部１０６ａ、１０６ｂを有するモータ側回転部材１０６と、偏心部１０６ａ、１０６ｂに配置される曲線板１０７ａ、１０７ｂと、曲線板１０７ａ、１０７ｂをモータ側回転部材１０６に対して回転自在に支持する転がり軸受１０６ｃと、曲線板１０７ａ、１０７ｂの外周面に係合して曲線板１０７ａ、１０７ｂに自転運動を生じさせる複数の外周係合部材１０８と、曲線板１０７ａ、１０７ｂの自転運動を車輪側回転部材１１０に伝達する複数の内ピン１０９とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２１９２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記構成のインホイールモータ駆動装置１０１を動作させるには、モータ部１０３に所定の周波数の電圧を印加するための電源線１１１が必要となる。
【０００８】
従来、この電源線１１１を収容する端子箱１１２を、モータ部１０３を保持するハウジング１０２の軸方向の壁面のうち、モータ側回転部材１０６から遠い側の壁面、即ち、モータ部１０３のハウジング１０２の車体内側（インボード側）端面に配置し、電源線１１１を車体前後方向に引き出して配線している。
【０００９】
このため、駆動ユニットに対して上下方向にあるインバータに配線する場合、電源線１１１にかかるストレスが大きくなるという問題があった。
【００１０】
また、上記のように、モータ部１０３に電力を供給する電源線１１１の端子箱１１２を、モータ部１０３のハウジング１０２の車体内側端面に配置した場合、駆動ユニットが軸方向に長くなり、サスペンションを配置するスペースを圧迫するという課題があった。
【００１１】
特に、モータ側回転部材１０６と車輪のハブ軸受部１０４とを減速部１０５を介して同軸上に直列に連結するインホイールモータ駆動装置１０１においては、車内空間を広く確保するためには、軸方向寸法をできるだけ小さくする必要がある。
【００１２】
さらにまた、モータ部１０３の回転に必要な電気配線としては、モータコイルに電流を供給する前記電源線１１１以外に、モータ固定子と回転子との相対角度情報を得るために、回転角度センサのケーブルが必要である。通常、回転角度センサは微弱電流によって動作しているため、大電流が流れる電源線が回転角度センサのケーブルの近傍にあると、電磁ノイズによってセンサ信号に電磁ノイズが重畳され、モータの回転に誤動作が発生する可能性がある。
【００１３】
そこで、この発明は、電源線を収容する端子箱の配置を変更することにより、モータ側回転部材と車輪のハブ軸受部とを減速部を介して同軸上に直列に連結するインホイールモータ駆動装置の軸方向寸法を小さくし、広い車内空間を確保すると共に、電源線の配線自由度を向上させることを課題とする。
【００１４】
さらに、大電流が流れる電源線と回転角度センサのケーブルとの配置を考慮することにより、センサ信号に電磁ノイズが重畳され難くして、モータの回転に誤動作が発生しないようにすることも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の課題を解決するために、この発明は、モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、前記モータ側回転部材の回転を減速して車輪側回転部材に伝達する減速部と、前記車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブとを車両のインボード側からアウトボード側に直列に配置したインホイールモータ駆動装置において、モータ部に電力を供給する電源線の端子箱を、モータ部を保持するハウジングの外周側面に配置したものである。
【００１６】
モータ部のステータから延びている配線は、モータ部を保持するハウジングの軸線に対して、垂直方向に引き出すことにより、従来、車体内側端面に対して垂直に延びていた電源線ホルダを、ハウジングの軸線に対して垂直方向に配置することが可能になるので、駆動ユニット全体の軸方向長さ、即ち、インボード側への長さを短縮することができる。
【００１７】
また、モータ部のハウジングの外周面に配置した端子箱から引き出した電源線は、モータ部の外周面の側面に設けた、ハウジングの軸線に対して直交する方向に延びる電源線係止ホルダに係止することが好ましい。
【００１８】
また、電源線は、銅線と銅線を被覆する弾性部材を備えているので、前記電源線係止ホルダの電源線の係止部は、電源線の弾性部材を圧縮保持する形状にすることが好ましい。
【００１９】
また、モータ部のハウジングの外周側面に配置した電源線を収容する端子箱に対して、モータ部の回転軸回りに、１８０度離れた近辺のモータ部のハウジングの外周面又は内側端面に、回転角度センサのケーブル取り出し口を設けることにより、電源線と回転角度センサのケーブルとの相対距離を最大限に取ることができ、センサ信号のノイズを低減することが可能になる。
【００２０】
前記電源線は、端子箱内に密封部材を介して挿し込まれている。
【発明の効果】
【００２１】
この発明に係るインホイールモータ駆動装置は、以上のように、モータ部に電力を供給する電源線の端子箱を、モータ部を保持するハウジングの外周側面に配置したので、軸方向寸法を端子箱分だけ短縮することが可能となり、その分、車内空間を広く確保することができる。
【００２２】
また、従来、車体内側端面に対して垂直に延びていた電源線ホルダを、ハウジングの軸線に対して垂直方向に配置することが可能になるので、駆動ユニット全体の軸方向長さを短縮することができる。
【００２３】
また、インバータが駆動ユニットに対して上下方向に配置される場合、例えば、フロア下、ラゲッジスペース、エンジンルーム等にインバータが配置される場合でも、電源線に過ストレスが加わるのを防止することができ、電源線の取り回しの自由度が向上する。
【００２４】
また、端子箱からインバータへ延びている電源線を、同じモータ部のハウジングに設けられた電源線係止ホルダで係止するため、衝撃や振動による電源線の破損の問題もなく、安全性に優れ、信頼性の高いインホイールモータ駆動装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。
【図２】図１のモータ部の拡大図である。
【図３】図１の減速部の拡大図である。
【図４】図１の車輪ハブ軸受部の拡大図である。
【図５】図１のV−V線の断面図である。
【図６】図１の偏心部周辺の拡大図である。
【図７】図１の回転ポンプを軸方向から見た図である。
【図８】図１のインホイールモータ駆動装置を有する電気自動車の概略平面図である。
【図９】図８の後方から見た背面図である。
【図１０】サスペンションを取り付けたインホイールモータ駆動装置の斜視図である。
【図１１】図１０のインホイールモータ駆動装置をインボード側から見た背面図である。
【図１２】従来のインホイールモータ駆動装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置を備えた電気自動車１１は、図８に示すように、シャーシ１２と、操舵輪としての前輪１３と、駆動輪としての後輪１４と、左右の後輪１４それぞれに駆動力を伝達するインホイールモータ駆動装置２１とを備える。後輪１４は、図９に示すように、シャーシ１２のホイールハウジング１２ａの内部に収容され、サスペンション１２ｂを介してシャーシ１２の下部に固定されている。
【００２７】
サスペンション１２ｂは、図１０に示すように、減速部Ｂのハウジング２２ｂに、サスペンション取付け用のブラケットを介して取り付けられている。
【００２８】
減速部Ｂのハウジング２２ｂは、減速機構を収める略円筒形状部２２ｃと、潤滑油を貯留する潤滑油貯留部２５ｆとを備え、略円筒形状部２２ｃの上方両側面と、潤滑油貯留部２５ｆの下端面に、サスペンション取付け用のブラケットを固定している。
【００２９】
サスペンション１２ｂのアッパーアーム８１は、アッパーアームブラケット８０ａを介して、減速部Ｂのハウジング２２ｂの略円筒形状部２２ｃの上方側面の一方に取り付けられている。
【００３０】
サスペンション１２ｂのトーコントロールロッド８２は、トーコントロールロッドブラケット８０ｂを介して、減速部Ｂのハウジング２２ｂの略円筒形状部２２ｃの上方側面の他方に取り付けられている。
【００３１】
また、サスペンション１２ｂのロアアーム８３は、減速部Ｂの潤滑油貯留部２５ｆの下端面に、ロアアームブラケット８０ｃを介して取り付けられている。
【００３２】
ロアアーム８３とアッパーアーム８１の間の空間には、路面からの入力振動を減衰するショックアブソーバ（図示省略）が配置される。ショックアブソーバの下端はロアアーム８３に、上端はシャーシ１２に固定される。
【００３３】
また、減速部Ｂのハウジング２２ｂには、図１０に示すように、ブレーキキャリパ８４を固定している。
【００３４】
ブレーキディスク１５は、車輪ハブ軸受部Ｃを介してホイール１４と一体回転可能に固定されている。
【００３５】
この発明のインホイールモータ駆動装置を備えた電気自動車１１は、図１０及び図１１に示すように、モータ部Ａに電力を供給する電源線６１の端子箱６２を、モータ部Ａを保持するハウジング２２ａの外周側面に配置することにより、端子箱６２の分だけ軸方向寸法を短縮して、その分だけ車内空間を広く確保している。
【００３６】
端子箱６２からインボード側に引き出された電源線６１は、図１１に示すように、モータ部Ａを保持するハウジング２２ａのインボード側の端面壁にボルト固定された電源線係止ホルダ６３に係止されている。この電源線係止ホルダ６３は、ハウジング２２ａの軸線に対して直交する方向に延びるように設けられている。
【００３７】
モータ部Ａのステータ２３からの電源線６１は、ハウジング２２ａの外周側面に対して垂直方向に引き出されて端子箱６２内に収容される。さらに、電源線６１は、端子箱６２からインボード側に引き出され、電源線係止ホルダ６３に係止されてインバータを介して電源に接続され、モータ部Ａを回転させるためにステータ２３に所定の周波数の電圧が印加される。
【００３８】
電源線６１は、銅線と、銅線を被覆する弾性部材とで構成され、電源線係止ホルダ６３の係止部は、電源線の弾性部材を圧縮保持する形状に形成されている。
【００３９】
端子箱６２から電源線６１を引き出す連通孔には、端子箱６２から潤滑油が外部に漏洩しないように、Ｏリングの密封部材が嵌められている。
【００４０】
そして、回転角度センサのケーブル取り出し口８５は、電源線と回転角度センサのケーブルとの相対距離を最大限に取る位置に設ける。
【００４１】
図１１に示すように、電源線６１を収容する端子箱６２は、モータ部Ａのハウジング２２ａの外周側面に配置されるので、回転角度センサのケーブル取り出し口８５は、モータ部Ａの回転軸回りに、１８０度離れた近辺のモータ部Ａのハウジング２２ａの内側端面に設け、電源線６１と回転角度センサのケーブルとの相対距離を最大限に取ることにより、センサ信号のノイズを低減している。
【００４２】
回転角度センサのケーブル取り出し口８５は、図１１に示す例では、モータ部Ａのハウジング２２ａの内側端面に設けたが、端子箱６２と１８０度離れた近辺であればモータ部Ａのハウジング２２ａの外周側面に設けてもよい。
【００４３】
この電気自動車１１は、ホイールハウジング１２ａの内部に、左右の後輪１４それぞれを駆動するインホイールモータ駆動装置２１を設けることによって、シャーシ１２上にモータ、ドライブシャフト、およびデファレンシャルギヤ機構等を設ける必要がなくなるので、客室スペースを広く確保でき、かつ、左右の駆動輪の回転をそれぞれ制御することができるという利点を備えている。
【００４４】
一方、この電気自動車１１の走行安定性を向上するために、ばね下重量を抑える必要がある。また、さらに広い客室スペースを確保するために、インホイールモータ駆動装置２１の軸方向寸法の小型化が求められる。そこで、図１に示すようなこの発明の一実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を採用する。
【００４５】
まず、図１に示すように、インホイールモータ駆動装置２１は、駆動力を発生させるモータ部Ａと、モータ部Ａの回転を減速して出力する減速部Ｂと、減速部Ｂからの出力をホイール１４に伝える車輪ハブ軸受部Ｃとを備え、モータ部Ａと減速部Ｂとはハウジング２２に収納されて、図９に示すように電気自動車１１のホイールハウジング１２ａ内に取り付けられる。
【００４６】
モータ部Ａは、図２に示すように、ハウジング２２ａに固定されるステータ２３と、ステータ２３の内側に径方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータ２４と、ロータ２４の内側に固定連結されてロータ２４と一体回転するモータ側回転部材２５とを備えるラジアルギャップモータである。ロータ２４は、フランジ形状のロータ部２４ａと円筒形状の中空部２４ｂとを有し、転がり軸受３６ａ、３６ｂによってハウジング２２に対して回転自在に支持されている。
【００４７】
モータ側回転部材２５は、モータ部Ａの駆動力を減速部Ｂに伝達するためにモータ部Ａから減速部Ｂにかけて配置され、減速部Ｂ内に偏心部２５ａ、２５ｂを有する。このモータ側回転部材２５は、一端がロータ２４と嵌合すると共に、減速部Ｂ内で転がり軸受３６ｃによって支持される。さらに、２つの偏心部２５ａ、２５ｂは、偏心運動による遠心力を互いに打ち消し合うために、１８０度位相を変えて設けられている。
【００４８】
減速部Ｂは、図３に示すように、偏心部２５ａ、２５ｂに回転自在に保持される公転部材としての曲線板２６ａ、２６ｂと、ハウジング２２ｂ上の固定位置に保持され、曲線板２６ａ、２６ｂの外周部に係合する外周係合部材としての複数の外ピン２７と、曲線板２６ａ、２６ｂの自転運動を車輪側回転部材２８に伝達する運動変換機構と、偏心部２５ａ、２５ｂに隣接する位置にカウンタウェイト２９とを備える。また、減速部Ｂには、減速部Ｂに潤滑油を供給する減速部潤滑機構が設けられている。
【００４９】
車輪側回転部材２８は、フランジ部２８ａと軸部２８ｂとを有する。フランジ部２８ａの端面には、車輪側回転部材２８の回転軸心を中心とする円周上の等間隔に内ピン３１を固定する穴が形成されている。また、軸部２８ｂは車輪ハブ３２に嵌合固定され、減速部Ｂの出力を車輪１４に伝達する。車輪側回転部材２８のフランジ部２８ａとモータ側回転部材２５とは、転がり軸受３６ｃによって回転自在に支持されている。
【００５０】
曲線板２６ａ、２６ｂは、図５に示すように、外周部にエピトロコイド等のトロコイド系曲線で構成される複数の波形を有し、一方側端面から他方側端面に貫通する複数の貫通孔３０ａを有する。貫通孔３０ａは、曲線板２６ａ、２６ｂの自転軸心を中心とする円周上に等間隔に複数個設けられており、後述する内ピン３１を受入れる。また、貫通孔３０ｂは、曲線板２６ａ、２６ｂの中心に設けられており、偏心部２５ａ、２５ｂに嵌合する。
【００５１】
曲線板２６ａ、２６ｂは、転がり軸受４１によって偏心部２５ａ、２５ｂに対して回転自在に支持されている。図５に示すように、この転がり軸受４１は、偏心部２５ａ、２５ｂの外径面に嵌合し、その外径面に内側軌道面４２ａを有する内輪部材４２と、曲線板２６ａの貫通孔３０ｂの内径面に直接形成された外側軌道面４３と、内側軌道面４２ａおよび外側軌道面４３の間に配置される複数の円筒ころ４４と、隣接する円筒ころ４４の間隔を保持する保持器（図示省略）とを備える円筒ころ軸受である。
【００５２】
外ピン２７は、モータ側回転部材２５の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられる。曲線板２６ａ、２６ｂが公転運動すると、曲線形状の波形と外ピン２７とが係合して、曲線板２６ａ、２６ｂに自転運動を生じさせる。また、曲線板２６ａ、２６ｂとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板２６ａ、２６ｂの外周面に当接する位置に針状ころ軸受２７ａを有する。
【００５３】
カウンタウェイト２９は、円板状で、中心から外れた位置にモータ側回転部材２５と嵌合する貫通孔を有し、曲線板２６ａ、２６ｂの回転によって生じる不釣合い慣性偶力を打ち消すために、各偏心部２５ａ、２５ｂに隣接する位置に偏心部と１８０°位相を変えて配置される。
【００５４】
ここで、図６に示すように、２枚の曲線板２６ａ、２６ｂ間の中心点をＧとすると、図６の中心点Ｇの右側について、中心点Ｇと曲線板２６ａの中心との距離をＬ１、曲線板２６ａ、転がり軸受４１、および偏心部２５ａの質量の和をｍ１、曲線板２６ａの重心の回転軸心からの偏心量をε１とし、中心点Ｇとカウンタウェイト２９との距離をＬ２、カウンタウェイト２９の質量をｍ２、カウンタウェイト２９の重心の回転軸心からの偏心量をε２とすると、Ｌ１×ｍ１×ε１＝Ｌ２×ｍ２×ε２を満たす関係となっている。また、図６の中心点Ｇの左側の曲線板２６ｂとカウンタウェイト２９との間にも同様の関係が成立する。
【００５５】
運動変換機構は、車輪側回転部材２８に保持された複数の内ピン３１と、曲線板２６ａ、２６ｂに設けられた貫通孔３０ａとで構成される。内ピン３１は、車輪側回転部材２８の回転軸心を中心とする円周軌道上に等間隔に設けられており、その軸方向一方側端部が車輪側回転部材２８に固定されている。また、曲線板２６ａ、２６ｂとの摩擦抵抗を低減するために、曲線板２６ａ、２６ｂの貫通孔３０ａの内壁面に当接する位置に針状ころ軸受３１ａが設けられている。
【００５６】
一方、貫通孔３０ａは、複数の内ピン３１それぞれに対応する位置に設けられ、貫通孔３０ａの内径寸法は、内ピン３１の外径寸法（「針状ころ軸受３１ａを含む最大外径」を指す。以下同じ。）より所定分大きく設定されている。
【００５７】
減速部潤滑機構は、減速部Ｂに潤滑油を供給するものであって、潤滑油路２５ｃと、潤滑油給油口２５ｄと、潤滑油排出口２５ｅと、潤滑油貯留部２５ｆと、回転ポンプ５１と、循環油路２５ｇとを備える。
【００５８】
潤滑油路２５ｃは、モータ側回転部材２５の内部を軸線方向に沿って延びている。また、潤滑油給油口２５ｄは、潤滑油路２５ｃからモータ側回転部材２５の外径面に向かって延びている。なお、この実施形態において、潤滑油給油口２５ｄは、偏心部２５ａ、２５ｂに設けられている。
【００５９】
また、減速部Ｂを保持するハウジング２２ｂの下部の少なくとも１箇所には、減速部Ｂ内部の潤滑油を排出する潤滑油排出口２５ｅが設けられている。また、減速部Ｂを保持するハウジング２２ｂの下部には、潤滑油貯留部２５ｆが設けられている。
【００６０】
潤滑油貯留部２５ｆの潤滑油は、回転ポンプ５１で吸い上げて循環油路２５ｇを経由して潤滑油路２５ｃに強制的に還流させている。
【００６１】
ここで、回転ポンプ５１は、図７に示すように、車輪側回転部材２８の回転を利用して回転するインナーロータ５２と、インナーロータ５２の回転に伴って従動回転するアウターロータ５３と、ポンプ室５４と、吸入口５５と、循環油路２５ｇに連通する吐出口５６とを備えるサイクロイドポンプである。
【００６２】
インナーロータ５２は、外径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的には、歯先部分５２ａの形状がエピサイクロイド曲線、歯溝部分５２ｂの形状がハイポサイクロイド曲線となっている。このインナーロータ５２は、内ピン３１（車輪側回転部材２８）と一体回転する。
【００６３】
アウターロータ５３は、内径面にサイクロイド曲線で構成される歯形を有する。具体的には、歯先部分５３ａの形状がハイポサイクロイド曲線、歯溝部分５３ｂの形状がエピサイクロイド曲線となっている。このアウターロータ５３は、ハウジング２２に回転自在に支持されている。
【００６４】
インナーロータ５２は、回転中心ｃ１を中心として回転する。一方、アウターロータ５３は、インナーロータの回転中心ｃ１と異なる回転中心ｃ２を中心として回転する。また、インナーロータ５２の歯数をｎとすると、アウターロータ５３の歯数は（ｎ＋１）となる。なお、この実施形態においては、ｎ＝５としている。
【００６５】
インナーロータ５２とアウターロータ５３との間の空間には、複数のポンプ室５４が設けられている。そして、インナーロータ５２が車輪側回転部材２８の回転を利用して回転すると、アウターロータ５３は従動回転する。このとき、インナーロータ５２およびアウターロータ５３はそれぞれ異なる回転中心ｃ１、ｃ２を中心として回転するので、ポンプ室５４の容積は連続的に変化する。これにより、吸入口５５から流入した潤滑油が吐出口５６から循環油路２５ｇに圧送される。
【００６６】
車輪ハブ軸受部Ｃは、図４に示すように、車輪側回転部材２８に固定連結された車輪ハブ３２と、車輪ハブ３２を減速部Ｂのハウジング２２ｂに対して回転自在に保持する車輪ハブ軸受３３とを備える。車輪ハブ３２は、円筒形状の中空部３２ａとフランジ部３２ｂとを有する。フランジ部３２ｂにはボルト３２ｃによってホイール１４が固定連結される。また、車輪側回転部材２８の軸部２８ｂの外径面にはスプラインおよび雄ねじが形成されている。また、車輪ハブ３２の中空部３２ａの内径面にはスプライン穴が形成されている。そして、車輪ハブ３２の内径面に車輪側回転部材２８を螺合し、先端をナット３２ｄでとめることによって、両者を締結している。また、ホイール１４と車輪ハブ３２のフランジ部３２ｂとの間には、ブレーキディスク１５が取り付けられている。
【００６７】
車輪ハブ軸受３３は、車輪ハブ３２の中空部３２ａの車両アウター側の外径面に一体形成されたアウター側軌道面と車輪ハブ３２の中空部３２ａの車両インナー側の外径面に嵌合された外面にインナー側軌道面を有する内輪３３ｂとからなる内方部材３３ａと、この内方部材３３ａのアウター側軌道面とインナー側軌道面に配置される複列の玉３３ｃと、内方部材３３ａのアウター側軌道面とインナー側軌道面に対向するアウター側軌道面とインナー側軌道面を内周面に有する外方部材３３ｄと、隣接する玉３３ｃの間隔を保持する保持器３３ｅと、車輪ハブ軸受３３の軸方向両端部を密封する密封部材３３ｆ、３３ｇとを備える複列アンギュラ玉軸受である。
【００６８】
車輪ハブ軸受３３の外方部材３３ｄは、減速部Ｂのハウジング２２ｂに対して締結ボルト７１によって固定される。
【００６９】
車輪ハブ軸受３３の外方部材３３ｄには、外径部にフランジ部３３ｈが設けられ、減速部Ｂ側に円筒部３３ｉが設けられている。
【００７０】
上記構成のインホイールモータ駆動装置２１の作動原理を詳しく説明する。
モータ部Ａは、例えば、ステータ２３のコイルに交流電流を供給することによって生じる電磁力を受けて、永久磁石または磁性体によって構成されるロータ２４が回転する。このとき、コイルに高周波数の電圧を印加する程、ロータ２４は高速回転する。
【００７１】
これにより、ロータ２４に接続されたモータ側回転部材２５が回転すると、曲線板２６ａ、２６ｂはモータ側回転部材２５の回転軸心を中心として公転運動する。このとき、外ピン２７が、曲線板２６ａ、２６ｂの曲線形状の波形と係合して、曲線板２６ａ、２６ｂをモータ側回転部材２５の回転とは逆向きに自転運動させる。
【００７２】
貫通孔３０ａに挿通する内ピン３１は、曲線板２６ａ、２６ｂの自転運動に伴って貫通孔３０ａの内壁面と当接する。これにより、曲線板２６ａ、２６ｂの公転運動が内ピン３１に伝わらず、曲線板２６ａ、２６ｂの自転運動のみが車輪側回転部材２８を介して車輪ハブ軸受部Ｃに伝達される。
【００７３】
このとき、モータ側回転部材２５の回転が減速部Ｂによって減速されて車輪側回転部材２８に伝達されるので、低トルク、高回転型のモータ部Ａを採用した場合でも、ホイール１４に必要なトルクを伝達することが可能となる。
【００７４】
なお、上記構成の減速部Ｂの減速比は、外ピン２７の数をＺＡ、曲線板２６ａ、２６ｂの波形の数をＺＢとすると、（ＺＡ−ＺＢ）／ＺＢで算出される。図７に示す実施形態では、ＺＡ＝１２、ＺＢ＝１１であるので、減速比は１／１１と、非常に大きな減速比を得ることができる。
【００７５】
このように、多段構成とすることなく大きな減速比を得ることができる減速部Ｂを採用することにより、コンパクトで高減速比のインホイールモータ駆動装置２１を得ることができる。また、外ピン２７および内ピン３１の曲線板２６ａ、２６ｂに当接する位置に針状ころ軸受２７ａ、３１ａを設けたことにより、摩擦抵抗が低減されるので、減速部Ｂの伝達効率が向上する。
【００７６】
上記の実施形態に係るインホイールモータ駆動装置２１を電気自動車１１に採用することにより、軸方向寸法を小さくすることができ、その結果、車内空間を広く確保することができる。
【００７７】
また、上記の実施形態においては、回転ポンプ５１を車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動した例を示したが、回転ポンプ５１はモータ側回転部材２５の回転を利用して駆動することもできる。しかし、モータ側回転部材２５の回転数は車輪側回転部材２８と比較して大きい（上記の実施形態では１１倍）ので、回転ポンプ５１の耐久性が低下するおそれがある。また、車輪側回転部材２８に接続しても十分な排出量を確保することができる。これらの観点から、回転ポンプ５１は車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動するのが望ましい。
【００７８】
また、上記の実施形態においては、回転ポンプ５１としてサイクロイドポンプの例を示したが、これに限ることなく、車輪側回転部材２８の回転を利用して駆動するあらゆる回転型ポンプを採用することができる。
【００７９】
また、上記の実施形態においては、減速部Ｂの曲線板２６ａ、２６ｂを１８０度位相を変えて２枚設けたが、この曲線板の枚数は任意に設定することができ、例えば、曲線板を３枚設ける場合は、１２０度位相を変えて設けるとよい。
【００８０】
また、上記の実施形態における運動変換機構は、車輪側回転部材２８に固定された内ピン３１と、曲線板２６ａ、２６ｂに設けられた貫通孔３０ａとで構成される例を示したが、これに限ることなく、減速部Ｂの回転を車輪ハブ３２に伝達可能な任意の構成とすることができる。例えば、曲線板に固定された内ピンと、車輪側回転部材に形成された穴とで構成される運動変換機構であってもよい。
【００８１】
なお、上記の実施形態における作動の説明は、各部材の回転に着目して行ったが、実際にはトルクを含む動力がモータ部Ａから駆動輪に伝達される。したがって、上述のように減速された動力は高トルクに変換されたものとなっている。
【００８２】
また、上記の実施形態における作動の説明では、モータ部Ａに電力を供給してモータ部Ａを駆動させ、モータ部Ａからの動力を駆動輪１４に伝達させたが、これとは逆に、車両が減速したり坂を下ったりするようなときは、駆動輪１４側からの動力を減速部Ｂで高回転低トルクの回転に変換してモータ部Ａに伝達し、モータ部Ａで発電してもよい。さらに、ここで発電した電力は、バッテリーに蓄電しておき、後でモータ部Ａを駆動させたり、車両に備えられた他の電動機器等の作動に用いたりしてもよい。
【００８３】
また、上記の実施形態において、曲線板２６ａ、２６ｂを支持する軸受として円筒ころ軸受の例を示したが、これに限ることなく、例えば、すべり軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、針状ころ軸受、自動調心ころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受等、すべり軸受であるか転がり軸受であるかを問わず、転動体がころであるか玉であるかを問わず、さらには複列か単列かを問わず、あらゆる軸受を適用することができる。また、その他の場所に配置される軸受についても、同様に任意の形態の軸受を採用することができる。
【００８４】
ただし、深溝玉軸受は、円筒ころ軸受と比較して許容限界回転数は高い反面、負荷容量が低い。そのため、必要な負荷容量を得るためには、大型の深溝玉軸受を採用しなければならない。したがって、インホイールモータ駆動装置２１のコンパクト化の観点からは、転がり軸受４１には円筒ころ軸受が好適である。
【００８５】
また、上記の各実施形態においては、モータ部Ａにラジアルギャップモータを採用した例を示したが、これに限ることなく、任意の構成のモータを適用可能である。例えばハウジングに固定されるステータと、ステータの内側に軸方向の隙間を空けて対向する位置に配置されるロータとを備えるアキシアルギャップモータであってもよい。
【００８６】
また、上記の各実施形態においては、減速部Ｂにサイクロイド減速機構を採用したインホイールモータ駆動装置２１の例を示したが、これに限ることなく、任意の減速機構を採用することができる。例えば、遊星歯車減速機構や平行軸歯車減速機構等が該当する。
【００８７】
さらに、図８に示した電気自動車１１は、後輪１４を駆動輪とした例を示したが、これに限ることなく、前輪１３を駆動輪としてもよく、４輪駆動車であってもよい。なお、本明細書中で「電気自動車」とは、電力から駆動力を得る全ての自動車を含む概念であり、例えば、ハイブリッドカー等をも含むものとして理解すべきである。
【００８８】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１１ 電気自動車
１２ シャーシ
１２ａ ホイールハウジング
１２ｂ サスペンション
１３ 前輪
１４ ホイール
２２ａ モータ部Ａのハウジング
２２ｂ 減速部Ｂのハウジング
６１ 電源線
６２ 端子箱
６３ 電源線係止ホルダ
８５ ケーブル取り出し口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、前記モータ側回転部材の回転を減速して車輪側回転部材に伝達する減速部と、前記車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブとが車両のインボード側からアウトボード側に直列に配置されたインホイールモータ駆動装置において、モータ部に電力を供給する電源線の端子箱を、モータ部を保持するハウジングの外周側面に配置したことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
【請求項２】
前記端子箱から引き出した電源線を係止する電源線係止ホルダを、モータ部のハウジングの軸線に対して直交する方向に延びるように設けたことを特徴とする請求項１記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項３】
前記電源線係止ホルダの係止部が、電源線の弾性部材を圧縮保持する形状に形成されている請求項２に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項４】
モータ部のステータから延びている電源線が、モータ部を保持するハウジングの軸線に対して直交する方向に引き出されている請求項１〜３のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項５】
前記端子箱から引き出した電源線と端子箱との間が密封されている請求項１〜４のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項６】
前記モータ部のハウジングの外周側面に配置した端子箱に対して、モータ部の回転軸回りに１８０度離れた近辺のモータ部のハウジングの外周側面に、回転角度センサのケーブル取り出し口を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項７】
前記モータ部のハウジングの外周側面に配置した端子箱に対して、モータ部の回転軸回りに１８０度離れた近辺のモータ部のハウジングのインボード側の端面に、回転角度センサのケーブル取り出し口を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項８】
前記電源線を係止する係止部を、モータ部を保持するハウジングの外周部のインボード側に一体に形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項９】
前記減速部がサイクロイド減速機によって構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項１】
モータ側回転部材を回転駆動するモータ部と、前記モータ側回転部材の回転を減速して車輪側回転部材に伝達する減速部と、前記車輪側回転部材に固定連結された車輪ハブとが車両のインボード側からアウトボード側に直列に配置されたインホイールモータ駆動装置において、モータ部に電力を供給する電源線の端子箱を、モータ部を保持するハウジングの外周側面に配置したことを特徴とするインホイールモータ駆動装置。
【請求項２】
前記端子箱から引き出した電源線を係止する電源線係止ホルダを、モータ部のハウジングの軸線に対して直交する方向に延びるように設けたことを特徴とする請求項１記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項３】
前記電源線係止ホルダの係止部が、電源線の弾性部材を圧縮保持する形状に形成されている請求項２に記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項４】
モータ部のステータから延びている電源線が、モータ部を保持するハウジングの軸線に対して直交する方向に引き出されている請求項１〜３のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項５】
前記端子箱から引き出した電源線と端子箱との間が密封されている請求項１〜４のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項６】
前記モータ部のハウジングの外周側面に配置した端子箱に対して、モータ部の回転軸回りに１８０度離れた近辺のモータ部のハウジングの外周側面に、回転角度センサのケーブル取り出し口を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項７】
前記モータ部のハウジングの外周側面に配置した端子箱に対して、モータ部の回転軸回りに１８０度離れた近辺のモータ部のハウジングのインボード側の端面に、回転角度センサのケーブル取り出し口を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項８】
前記電源線を係止する係止部を、モータ部を保持するハウジングの外周部のインボード側に一体に形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【請求項９】
前記減速部がサイクロイド減速機によって構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のインホイールモータ駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２４０７３９（Ｐ２０１１−２４０７３９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２４００（Ｐ２０１０−１１２４００）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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